机器人通过什么技术感知外部世界 实现自主行走

人類(lèi)因有眼睛、鼻子、耳朵等感覺(jué)器官，而獲得了視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、味覺(jué)、嗅覺(jué)等不同的外部感覺(jué)，機(jī)器人也因有傳感器而看見(jiàn)、聽(tīng)見(jiàn)...這個(gè)世界。

根據(jù)檢測(cè)對(duì)象的不同，機(jī)器人用傳感器可分為內(nèi)部傳感器和外部傳感器。內(nèi)部傳感器主要用來(lái)檢測(cè)機(jī)器人各內(nèi)部系統(tǒng)的狀況，如各關(guān)節(jié)的位置、速度、加速度溫度、電機(jī)速度、電機(jī)載荷、電池電壓等，并將所測(cè)得的信息作為反饋信息送至控制器，形成閉環(huán)控制。而外部傳感器是用來(lái)獲取有關(guān)機(jī)器人的作業(yè)對(duì)象及外界環(huán)境等方面的信息，是機(jī)器人與周?chē)换スぷ鞯男畔⑼ǖ?，用?lái)執(zhí)行視覺(jué)、接近覺(jué)、觸覺(jué)、力覺(jué)等傳感器，比如距離測(cè)量、聲音、光線等。

那么幫助機(jī)器人行走的傳感器為何物？它又是如何輔助機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自主行走的？

在實(shí)現(xiàn)機(jī)器人行走的過(guò)程中，會(huì)涉及到視覺(jué)、超聲波、激光雷達(dá)等傳感器，激光雷達(dá)憑借激光良好的指向性和高度聚焦性，已經(jīng)成為移動(dòng)機(jī)器人的核心傳感器，同時(shí)，它也是目前最穩(wěn)定、可靠定位技術(shù)。激光雷達(dá)主要是以發(fā)射激光束探測(cè)目標(biāo)的位置、速度等特征量的雷達(dá)系統(tǒng)。從工作原理上講，與微波雷達(dá)沒(méi)有根本的區(qū)別：向目標(biāo)發(fā)射探測(cè)信號(hào)(激光束),然后將接收到的從目標(biāo)反射回來(lái)的信號(hào)(目標(biāo)回波)與發(fā)射信號(hào)進(jìn)行比較，作適當(dāng)處理后，就可獲得目標(biāo)的有關(guān)信息,如目標(biāo)距離、方位、高度、速度、姿態(tài)、甚至形狀等參數(shù)，從而對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)、跟蹤和識(shí)別。

僅依靠激光雷達(dá)，機(jī)器人就能自己走了？

當(dāng)然，僅僅依靠激光雷達(dá)，機(jī)器人還是無(wú)法實(shí)現(xiàn)自主行走的，對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人來(lái)說(shuō)，激光雷達(dá)相當(dāng)于它的“眼睛”，通過(guò)不停對(duì)外部環(huán)境進(jìn)行掃描來(lái)獲取二維空間的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，但這并不能直接被移動(dòng)機(jī)器人使用。機(jī)器人想要在完全陌生的環(huán)境中（沒(méi)有預(yù)先錄入地圖的情況下）實(shí)現(xiàn)智能導(dǎo)航，顯然不是那么簡(jiǎn)單。

對(duì)于機(jī)器人的研發(fā)一直以來(lái)都是借鑒人類(lèi)本身，我們可以通過(guò)眼睛看到周?chē)沫h(huán)境，如果想要去另一個(gè)地方，需要快速判斷最佳路徑，同時(shí)避開(kāi)障礙物，才能順利到達(dá)目的地。在人類(lèi)的身體結(jié)構(gòu)中，小腦占整個(gè)腦部神經(jīng)元的50%，而它的主要作用就是為了幫助人類(lèi)實(shí)現(xiàn)行走。所以在機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)中，也需要用到這樣的“小腦”。一個(gè)幫助機(jī)器人控制運(yùn)動(dòng)的核心中樞，思嵐科技的 SLAMWARE 便充當(dāng)了機(jī)器人的“小腦”，可以打包解決機(jī)器人構(gòu)建地圖、路徑規(guī)劃與自動(dòng)避障這些問(wèn)題。

硬幣大小的SLAMWARE是一款模塊化的機(jī)器人自主定位導(dǎo)航系統(tǒng)，內(nèi)置基于激光雷達(dá)的同步定位與建圖 (SLAM) 及配套的路徑規(guī)劃功能。尺寸這么小，原因就在于它的高度集成性，方便用戶快速整合。其內(nèi)置的先進(jìn)算法可以快速處理各類(lèi)傳感器獲取的環(huán)境信息，對(duì)室內(nèi)的環(huán)境進(jìn)行高速且動(dòng)態(tài)的掃描，并在未知環(huán)境中實(shí)時(shí)提供定位，提供最高達(dá)2cm分辨率的環(huán)境地圖且不存在誤差累加問(wèn)題，不需要預(yù)先探明地圖，更不需要預(yù)先錄入地圖。同時(shí)，采用D*動(dòng)態(tài)即時(shí)路徑規(guī)劃算法，可以自動(dòng)搜索前往目標(biāo)的最短路徑并控制機(jī)器人行動(dòng)。

小結(jié)

傳感器猶如人類(lèi)的感知器官，是機(jī)器人感知世界的重要媒介，而充當(dāng)機(jī)器人“眼睛”的傳感器——激光雷達(dá)，可幫助機(jī)器人實(shí)現(xiàn)對(duì)周?chē)h(huán)境的全方位掃描測(cè)距檢測(cè)，以獲得周?chē)h(huán)境的輪廓圖，幫助機(jī)器人實(shí)現(xiàn)精確、快速建圖。結(jié)合控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的“小腦”，解決構(gòu)建地圖、路徑規(guī)劃與自動(dòng)避障等問(wèn)題，機(jī)器人便可實(shí)現(xiàn)自主行走。